液化天然氣模塊上部環狀支撐設備吊裝

葉志堯，周立萍

(天津修船技術研究所，天津 300456)

在極地液化天然氣模塊建造中，大型設備的吊裝尤為重要，是實現液化天然氣模塊處理的核心，其中有些特殊外形設備更是增加了安裝難度，對技術水平提出了挑戰，從設備形狀角度分析吊裝過程中的結構碰撞問題。由于吊裝過程中為設備預留的空間狹窄，需通過計算分析，合理選擇吊裝工具，安排預留空間及選擇路徑，使設備安全、準確地在目標位置就位，以實現設備自身功能作用。作為模塊建造中的重要一環，機械設備的吊裝技術水平要求高，在安裝中存在一定的安全風險。吊裝方案設計的合理與否，直接影響每位現場工作人員的安全，是實現平臺整體功能的重要保證。

高壓混合制冷劑分離器三維模型示意圖見圖1，該分離器是整個模塊中外形最大、質量最大的設備，該設備質量約300 t，長度23.534 m。設備安裝需從上到下依次穿越3層結構甲板，吊裝過程中還會同時穿越2層結構甲板和環狀支撐，但最先通過的環狀支撐開孔過小，設備4個方向的導向塊和設備管口等無法穿過， 所以需將環狀支撐一分為二，將開孔擴大來完成設備安裝，最后將環狀支撐復位。

圖1 高壓混合制冷劑分離器三維模型示意圖

1 設備參數及吊索具選擇

1.1 設備參數

首先確定設備質量、吊點位置及外形尺寸，設備上部采用軸式雙吊點，尾部采用耳式單吊點，圖2為設備外形示意圖，設備水平吊裝時軸式雙吊點分布載荷為F1= 1 520 kN，耳式單吊點載荷為F2=1 350 kN。根據設備質量、設備位置、吊索具的拆除等因素，配備吊索具。

圖2 設備外形示意圖

1.2 吊索具選擇

1)主吊點吊索具選擇。主吊點處采用鋼絲繩對折掛住軸式吊點的形式進行吊裝， 設備主吊點軸式吊點距設備最高點的距離約為4.9 m，因現場可用高強度鋼絲繩數量有限，所以使用撐桿下部鋼絲繩對折來增加載荷強度。鋼絲繩選用長度為16 m，所受最大拉力F=1 435 kN((F1+F2)/2)，同時對折使用的鋼絲繩所受最大拉力為最小安全工作載荷的1.5倍，所選鋼絲繩單根的最小安全工作載荷為957 kN(F/1.5)，滿足要求。

2)撐桿上部的索具選擇，除了考慮撐桿及吊索具質量外，還需考慮鋼絲繩與撐桿之間的夾角δ，撐桿上部鋼絲繩長度為8 m，撐桿長度為5.3 m，δ=77°，角度大于鋼絲繩需要的安全夾角60°；撐桿和下方與設備連接吊索具載荷為Fs=111.5 kN，撐桿上部每根鋼絲繩的最大拉力為Fmax=1 530 kN((F+Fs)/(2sinδ))，小于鋼絲繩額定載荷2 928 kN，滿足要求。

3)溜尾吊點吊索具選擇。吊索具參數如表1所示，吊索具布置示意圖如圖3所示。

圖3 吊索具布置示意圖

表1 吊索具參數

溜尾吊點載荷為耳式單吊點的載荷(1 350 kN)，因設備直立過程中吊索具可能會碰撞到設備支撐環，所以選用吊帶，吊帶長度16 m，額定載荷為2 000 kN，吊帶與溜尾吊機鉤頭之間使用2根長度8 m的鋼絲繩連接，吊帶與鋼絲繩用卸扣連接，連接后溜尾的吊索具長度達到24 m，超出設備長度(23.534 m)，避免了翻身過程中鉤頭碰撞設備。

2 吊機選擇

設備安裝作業中，吊機必不可少，吊機型號的選擇是吊裝作業的關鍵因素，同時關系到施工過程中人員的人身安全，因此吊機的選擇需慎重。

2.1 吊機利用率

設備質量為287 t，根據安裝位置、場地施工環境和提供的設備數據計算可知，吊機的吊裝高度至少需要50 m，吊機的作業半徑至少需要26 m，場地須滿足此作業空間。

最大負荷率=(設備質量+吊鉤質量+吊索具質量+安全系數質量+動態放大系數質量)/吊機額定起重質量，

(1)

安全系數質量=設備質量× 5%，

(2)

動態放大系數質量=(設備質量+吊鉤質量+吊索具質量)× 5% 。

(3)

表2為吊機參數，經過公式(1)計算，主吊吊機最大負荷率為71%，溜尾吊機最大負荷率為54%，均未超過各個吊機最大負荷率的80%，滿足吊裝使用要求。

表2 吊機參數 t

2.2 吊機接地比壓計算

當工作載荷與垂直外載荷所構成的合力，在水平地面上的投影與履帶接地區段的幾何中心相重合時，履帶接地比壓呈均勻分布狀態；而履帶式起重機工作時，其接地比壓在履帶的不同位置是不同的，而且隨吊臂位置和幅度的變化而變化。所以，要將吊機在旋轉過程中的各個角度的履帶各點的接地比壓進行計算分析。表3為主吊吊機接地比壓，表4 為溜尾吊機接地比壓，位置a、b、c、d、e為吊機扒桿每旋轉45°位置的受力點，A、B、C、D表示吊機旋轉時履帶前后4個邊緣受力點；表3、表4中各點接地比壓均小于場地可承受接地比壓(800 kN/m2)，滿足吊機承重要求。

表3 主吊吊機接地比壓 kN/m2

表4 溜尾吊機接地比壓 kN/m2

3 設備安裝

3.1 準備工作

設備安裝前環狀支撐準備工作。圖4為環狀支撐安裝及移動示意圖，圖4中數字表示結構梁件號，將設備目標位置的預留結構歸位，進行點焊，將結構梁調平；環狀支撐分為上下2部分安裝，上半部分環狀支撐與結構梁件1、2、3滿焊，可隨結構梁移動，下半部分環狀支撐與結構梁滿焊，位置固定；根據上半部分環狀支撐與結構梁件4、5之間的間隙安裝調平墊板，墊板與結構梁之間點焊；環狀支撐進行調平，配鉆螺栓孔，安裝絕緣墊塊；以上調試工作完成后將上半部分環狀支撐與其下部結構梁一起向上平移1 500 mm。

圖4 環狀支撐安裝及移動示意圖

3.2 設備翻身直立

吊索具連接完成后，先將橫臥放置的設備進行翻身直立，然后進行溜尾吊索具的拆卸。因設備底部無裙座，在溜尾吊索具拆除時設備仍處于懸吊狀態，距離地面還有一定高度，所以需要借助升降小車進行吊索具的拆除。施工人員將溜尾吊索具拆除后撤離，然后吊機緩慢移動到預定的站車位置，調整吊機回轉半徑(26 m)，此時吊機的最大負荷率為額定載荷的71%，吊機緩慢下放設備進行安裝。

3.3 設備旋轉下放安裝

旋轉下放安裝過程中，設備管口、4個設備導向塊和尾部耳式單吊點會穿越2層甲板，最小安裝間隙會達到38 mm，如同在甲板結構中穿針引線，要保證安裝過程中設備與結構留有足夠的間隙避免碰撞，具體過程如下。

1)設備下放前，為保證設備安全可靠穿越上層甲板，此時設備在模塊上方周圍無結構等障礙物，可用吊機將設備旋轉，使設備管口處在正北方向，并往北側偏移設備，距離就位位置600 mm。設備穿越最上層甲板位置示意圖見圖5，圖5中白色箭頭為設備旋轉方向，黑色箭頭為設備移動方向，避免了4個設備導向塊、尾部耳式單吊點及設備管口與環狀支撐碰撞，設備保持此狀態繼續緩慢下放。

圖5 設備穿越最上層甲板位置示意圖

2)設備管口穿過上層甲板后，需再次調整設備位置，才能將4個導向塊和尾部耳式單吊點穿過下層甲板。此時設備已在模塊內部，所以在下層甲板焊接4個方位的臨時耳式單吊點對設備進行微調(使用2個方位臨時吊點旋轉設備后，如果未能達到安裝需要的角度，可在設備旋轉一定角度后更換另外2個方位臨時吊點繼續旋轉設備)，以免調整幅度過大碰撞到周圍結構。在設備的兩側各用1根吊帶綁扎固定，將設備兩側吊帶分別與其中2個方位的臨時吊點用導鏈連接，調節吊帶和吊點之間導鏈的長度，使設備逆時針旋轉45°，旋轉后用吊機將設備向南側移動600 mm，西側移動50 mm。設備穿越下層甲板位置示意圖見圖6，圖6中白色箭頭為設備旋轉方向，黑色箭頭為設備移動方向。調整完成后，緩慢下放設備，在尾部耳式單吊點和4個導向塊穿越下層甲板后停止下放，需再將設備向東移動50 mm，避免設備管口穿越下層甲板時發生碰撞。繼續緩慢下放時，設備會同時穿越上層甲板與下層甲板，施工人員應根據現場情況調整間隙避免發生碰撞。

圖6 設備穿越下層甲板位置示意圖

3)當設備管口和4個導向塊完全穿越下層甲板、設備吊裝高度接近就位高度后，在其中一半已經完全固定的環狀支撐上方，放置高度600 mm的木塊，吊機緩慢使設備支撐環與木塊接觸后釋放20% ～ 30%吊裝載荷，但仍保持吊裝狀態。放置木塊是為保證環狀支撐的復位有足夠的焊接操作空間，同時避免設備在懸停狀態掉落造成人員損傷，設備環狀支撐放置木塊示意圖如圖7所示。施工人員將另一半環狀支撐及支撐下部結構梁同時復位(結構梁件2、4、5)，將環狀支撐拼接處滿焊，提升設備，取出木塊，調平環狀支撐，完成環狀支撐安裝，設備下放，設備支撐環與環狀支撐使用螺栓連接，完成安裝。

圖7 設備環狀支撐放置木塊示意圖